绵阳-长宁拉张槽北段构造-沉积特征

刘树根，刘 殊，孙 玮，宋金民，冉 波，钟 勇，叶玥豪，蒋能春，夏国栋

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.中国石化西南油气分公司 研究院，成都610041；3.中国石油川庆钻探有限公司 地球物理勘探公司，成都610213）

作为构造术语的拉张槽对应的英文为intracratonic sag，直译为克拉通内凹陷。然而，从字面上理解克拉通内凹陷的涵义较广，不仅包括拉张作用形成的凹陷，还包括挤压作用形成（如隆起之间的凹陷）和地貌成因（无沉降作用）的克拉通内凹陷。拉张槽特指克拉通内由拉张作用形成的凹陷，其特征有：①为拉张过程在岩石圈中形成的第一个构造单元。②地壳拉张证据显示少，缺乏广泛的张性断裂作用，但发生了长时间的凹陷型（sag-type）沉降作用，尤其是相对厚的大陆岩石圈的冷却沉降作用。③其体积应变（bulk strain）和应变速率（strain rate）均很低［1］。④纵向上拉张槽演化阶段位于裂谷（rift）形成之前，平面上由克拉通边缘（大洋）伸向克拉通内部。⑤在世界上广泛分布，如四川盆地发育2期拉张槽，拉张强度和宽度最大的部位均位于克拉通的西北部，都是从克拉通的西北部边缘向克拉通内部延伸［2］；再如大西洋扩张初期在克拉通板块的边缘形成一些伸入美洲板块内部的拉张槽，这些拉张槽均位于克拉通的边缘，拉开程度由洋向陆减弱［1］。

刘树根等［3－4］发现并提出绵阳-长宁拉张槽之后，受到持续的关注。该拉张槽源于原特提斯洋，并伸入四川克拉通内部［5］；以威远－高石梯为界，拉张槽可分为3段（图1）：威远－高石梯为中段，射洪以北为北段，大足以南为南段。随着天然气勘探的深入，绵阳-长宁拉张槽的研究在中段（威远—高石梯）地区较深入［6－20］。在川西拗陷地区，即拉张槽的北段，震旦系－下古生界埋藏深、研究难度大、研究程度较低。据此，在中国石化和中国石油的大力支持下，利用川西地区高精度地震资料，综合钻探资料和野外露头资料，本文进一步探讨绵阳-长宁拉张槽北段的构造与沉积特征，并对烃源岩特征进行分析。

1 构造特征

川西地区尚无钻至震旦系灯影组（Z2dn）的探井。利用川东北马路背的马深1井和九龙山背斜的龙探1井，以及拉张槽中段高石梯－磨溪地区大量的震旦系勘探及开发钻井（图1），标定下寒武统筇竹寺组＋麦地坪组（C1q＋C1m）、灯影组的反射波的地质属性，由此引入川西拗陷（即绵阳-长宁拉张槽北段），精细对比灯影组顶底面、筇竹寺组＋麦地坪组顶面（图2）。据此精细解释中国石化的联片三维地震资料以及部分二维地震资料，结合中国石油在川西拗陷北段的研究成果，编制筇竹寺组＋麦地坪组厚度图（图1）和综合剖面特征以描述绵阳-长宁拉张槽北段的特征（图2）。

a.拉张槽北段总体特征（图1、图2）：灯影组厚度大的部位为隆起区，上覆的下寒武统厚度小，甚至缺失；在拉张槽的洼陷区域，灯影组厚度减小，而下寒武统厚度明显加大。下寒武统厚度或者灯影组厚度均可描述拉张槽的分布。本文采用麦地坪组＋筇竹寺组厚度描述拉张槽总体分布特征（图1）：拉张槽有2个明显的陡坎，分别称为1、2号陡坎；2号陡坎是拉张槽中心附近的一个拉张断层，1号陡坎是拉张槽的边界，较为陡峭。拉张槽两侧，灯影组为隆起特征；拉张槽北段西侧的边界大致垂直于原特提斯洋，沿着彭州－郫县－成都－威远一带分布；拉张槽北段的东侧边界分布在射洪－三台－元坝气田－剑阁一带。从麦地坪组＋筇竹寺组厚度分布可知，拉张槽内部也有较大的构造和沉积分异。拉张断层沿着拉张槽两侧对称分布；在陡坎下方发育一系列的拉张断层（图2）。这2条剖面是以古生界为目的层采集的高分辨率、高密度区域二维剖面，为表征拉张槽特征将中二叠统顶（P2）做了层拉平。

b.拉张槽北段西侧边界特征（图2-B）：258线为拉张槽北段西侧边界特征剖面，由大邑经彭州－马井至新场气田。西边界有2个清晰的陡坎（图2-B中1、2号方框），陡坎下方明显是拉张断层；大邑－马井一带，寒武系受到剥蚀，灯三、灯四段也受到剥蚀，厚度减薄，甚至缺失；拉张槽两侧均可清晰看到筇竹寺组（含麦地坪组）超覆至灯影组，表明从麦地坪期开始的水进超覆过程，超覆点所处的位置为拉张槽的台缘位置。

c.拉张槽北段东侧边界特征（图2-A）：东边界存在多个台阶，较为突出明显的边缘位于关基井－元坝气田一线，这个陡坎是拉张槽的边界线。关基井－元坝气田一带，灯三、灯四段也受到剥蚀，厚度减薄（图2-A）。

2 麦地坪组特征

本文综合分析拉张槽内的高石17井、资4井等钻井资料和清平剖面野外露头观察资料，以探讨拉张槽的沉积特征。

2.1 沉积特征

对绵阳-长宁拉张槽北段的清平剖面，中段的高石17井和资4井，拉张槽外的高石1井、女基井、金石1井和高桥剖面进行系统研究，发现麦地坪组有如下沉积特征。

a.岩相组合方面，拉张槽内主要发育硅质页岩（图3-D）、黑色泥页岩、白云岩、硅质碳质页岩（图3-E、F）、浊流或碎屑流沉积的岩屑（白云岩、磷质）粉砂岩（图3-B、C；图4-A、B、D）和硅质磷块岩（图4-E）；在拉张槽外西侧，主要发育钙质磷块岩、白云质磷块岩，部分发生硅化（图5-A、B、C），缺乏浊流或碎屑流沉积的岩屑粉砂岩。

b.沉积构造方面，①碳质页岩呈块状，略显纹层构造，其中含少量硅质和白云质碎屑（图3-G）。②钙屑浊流或碎屑流沉积的岩屑粉砂岩（浊流沉积主要发育在川西的清平剖面，碎屑流主要发育在资4井和高石17井），主要发育于麦地坪组的底部与中部，露头剖面上可见明显的正粒序，为鲍马序列的C、D、E段（图3-A、D）和碎屑流（图4-B、D；图5-D、G、H）。③岩心上见明显的包卷层理和滑移变形、滑塌构造，通过薄片观察发现岩屑砂岩的岩屑主要为泥-微晶白云岩，含少量石英，而部分泥晶白云质岩屑发生重结晶与硅化作用（图3-B、C；图4-B、D），颗粒之间被炭泥质与磷质胶结（图4-A、B、D、E）。④磷块岩呈薄层状发育在麦地坪组中上部（图4-H），磷质出现主要有3种形式：胶结物（图3-J）、泥晶磷块岩（图3-I；图5-E、F）和碎屑颗粒（图3-K；图4-A、B、D），胶结物和碎屑颗粒形式的磷质主要是与白云岩碎屑相伴出现。

上述岩相与沉积构造特征表明，拉张槽内及两侧麦地坪组存在明显差异，拉张槽内属于斜坡-盆地相，拉张槽外麦地坪组发育不完整，属台地相沉积：麦地坪组岩相和沉积相受拉张槽控制明显。

2.2 白云质岩屑碎屑岩特征及分布

绵阳-长宁拉张槽内麦地坪组广泛分布一套浊流或碎屑流沉积的钙屑（磷屑）砂岩。前人鉴定该套白云质碎屑流为白云岩（颗粒白云岩）［10，16］。此次我们鉴定为白云质岩屑碎屑岩，主要依据有：①露头和薄片下具有典型的碎屑结构（图3-A、B；图4-D；图5-D、G、H）；②该套白云质岩屑碎屑岩上下地层为碳质页岩或硅质页岩，且白云质碎屑颗粒之间为碳泥质胶结；③岩屑颗粒具有正粒序，但碎屑颗粒定向性不明显、磨圆度和分选性相对较差，具有典型碎屑流的沉积特征（图3-J、K；图4-D）。

资4井和高石17井：主要发育碎屑流，碎屑成分以白云石和石英为主，磨圆度较差，以棱角状为主（图5-G、H）；高石17井碎屑成分主要为白云岩和石英（图5-D、I、G），资4井碎屑成分主要为磷质碎屑和少量白云岩（图4-A、B、D），岩心观察见明显的包卷层理和滑移变形、滑塌构造。

清平剖面：主要为浊积岩和碎屑流沉积，碎屑成分为泥晶白云岩和磷质。

上述麦地坪组底部白云质岩屑碎屑岩可能是绵阳-长宁拉张槽在拉张初期的沉积记录，这与大西洋拉张初期巴西近海Santos盆地浊积相砂岩、砾岩［21－22］和Campos盆地浅水碎屑碳酸盐岩沉积［23］类似。

2.3 基性玻屑特征

此次我们在资4井麦地坪组顶部还发现玻屑凝灰岩，与棱角状磷块岩碎屑混积（图6-A、B），其玻屑具有波状消光、次圆－次棱角状，大量铁质与其伴生（图6-C、D），玻屑间被磷质与白云质胶结，且玻屑边缘具有一定蚀变，指示火山玻屑具有散落在未固结沉积物中，由碎屑流再搬运沉积的特征。玻屑凝灰岩和玻屑在平面和纵向上的分布特征及其指示的沉积-构造意义有待于今后进一步研究。

3 下寒武统烃源岩特征与对比

绵阳-长宁拉张槽的发现提升了四川盆地西部的油气勘探前景［2－4］。四川盆地西部海相油气地质条件优越，但成藏条件复杂［24］，特别是对烃源问题一直没有清晰的认识。本文主要详述绵阳-长宁拉张槽北段和中段下寒武统烃源岩特征。

3.1 烃源岩特征

3.1.1 厚度分布

作者实测了绵竹萤飞谷、绵竹清平、青川关庄坝、广元羊木以及朝天东溪河5个剖面（图7）。其中绵竹清平剖面、朝天东溪河剖面出露较好，下寒武统泥质烃源岩出露较厚，普遍大于150 m；绵竹萤飞谷以及青川关庄坝剖面出露较差，实测地层厚度＜100 m，下寒武统泥质烃源岩出露厚度＞80 m。

图6 资4井麦地坪组基性玻屑特征Fig.6 The features of basic vitric detritus of the Maidiping Formation in Well Zi 4

图7 川西地区下寒武统烃源岩（w TOC＞0.5%）厚度等值线图Fig.7 Isopach of the Lower Cambrian source rocks in western Sichuan Basin

3.1.2 有机质丰度

在绵竹萤飞谷、绵竹清平、青川关庄坝、广元羊木和朝天东溪河5个剖面共采集下寒武统116件黑色页岩样品，经分析测试表明：①TOC质量分数 （wTOC）为 0.16% ～42.68%，主 峰 值 为4.51%；②wTOC＞0.5%的占91.40%，说明川西下寒武统黑色页岩几乎全部达到了烃源岩的下限；③wTOC＞2%的样品占44.8%，表明下寒武统为一套优质烃源岩。

3.1.3 有机质类型

依据SY／T5125-2014透射光-荧光干酪根显微组分鉴定及类型划分方法，对5个剖面21件烃源岩样品镜检结果表明：干酪根的显微组分基本以腐泥无定形为主，可见少量浮游藻类体，光性趋于一致，镜下观察均为黑色，类型指数在95～100（表1），为Ⅰ型腐泥型干酪根，具备较好的生烃潜力。

3.1.4 有机质成熟度

下古生界有机质成熟度指标往往是用其他显微组分的反射率替代镜质体反射率作为成熟度的研究指标，即“等效境质体反射率”。研究区下寒武统41件烃源岩样品的沥青质反射率（Rob）为1.18%～3.01%，平均为2.50%；38件样品的tmax为321～612℃，平均为457℃（表1），热演化程度达到高成熟—过成熟阶段。

表1 川西地区下寒武统烃源岩有机地球化学特征Table 1 The organic geochemical characteristics of the Lower Cambrian source rocks in the Western Sichuan

3.2 烃源岩特征对比

3.2.1 麦地坪组特征对比

拉张槽北段清平剖面麦地坪组：自下而上，岩性为碳质页岩夹喷出岩－纹层状泥微晶白云岩－黑色碳质、硅质页岩－磷质岩屑、碳酸盐岩屑粉砂岩与泥岩互层－磷块岩夹硅质磷质岩－岩屑粉砂岩夹泥岩。其中碳质页岩、硅质页岩厚度达142.6 m。26件烃源岩样品的wTOC在0.70%～42.68%，平均为12.95%；干酪根类型指数在98～100，为Ⅰ型腐泥型干酪根。5件烃源岩的沥青质 反 射 率 Rob在 1.56% ～2.83%，平 均 为2.31%；tmax值在414～612℃，平均值为577℃，为一套在缺氧强还原环境中沉积、厚度大、有机质含量极高、有机质类型好和高成熟—过成熟的优质烃源岩。痕量元素 wV／wV＋Ni、wU／wTh等指标指示，该区早寒武世沉积环境为缺氧的还原性环境（表2）。

拉张槽中段西侧的资4井麦地坪组：自下而上，岩性为黑色页岩－泥晶白云岩－磷质砂屑白云岩－碳质、硅质页岩－碳质页岩与粉砂质泥岩互层－磷质、白云质砂砾屑砂岩－硅质岩夹碎屑流磷质砂屑条带－白云质磷块岩，顶部与筇竹寺组泥质粉砂岩整合接触，总厚度212.8 m，其中黑色页岩厚度约为115 m。资4井麦地坪组57件烃源岩样品的有机质丰度（wTOC）在0.14%～5.53%，wTOC平均为1.69%，总体wTOC＞2%的占少数；有机质类型好，干酪根类型为Ⅰ型；等效镜质体反射率达到3%，基本大于3.0%，热演化程度较高；从痕量元素wV／wV＋Ni、wU／wTh的比值可见，该区早寒武世沉积环境同样为缺氧的还原型环境（表2）。

表2 绵阳-长宁拉张槽内麦地坪组烃源岩特征对比Table 2 Correlation of characteristics of Maidiping Formation source rocks in Mianyang-Changning intracratonic sag

拉张槽中段中央的高石17井麦地坪组：自下而上，岩性为黑色页岩、泥质白云岩－灰云质泥岩－含胶磷矿的泥晶白云岩－弱硅化的磷质硅质岩－弱硅化磷质砂屑的白云岩，总体厚度为177.0 m，其中黑色页岩厚度约为70 m；平均wTOC为1.76%，为Ⅰ型干酪根，推测为贫氧－缺氧的水体环境（表2）。

对比拉张槽内清平剖面、资4井、高石17井的麦地坪组岩相和地球化学参数发现，早寒武世麦地坪期，拉张槽内整体表现为缺氧的强还原性环境，沉积厚度大；从北段的清平剖面到中段的资4井、高石17井，麦地坪组沉积厚度表现为减薄的趋势，其中黑色页岩的沉积厚度也是逐渐减薄；北段清平剖面麦地坪组的wTOC明显高于中段资4井、高石17井，且高出一个数量级。因此，拉张槽北段（川西地区）的麦地坪组烃源岩不仅厚度大，而且有机质丰度更高，相比拉张槽的中段（川中地区），其烃源岩的质量更好，为一套优质烃源岩（表2）。

3.2.2 筇竹寺组特征对比

拉张槽北段广元东溪河剖面筇竹寺组：自下向上，岩性为千枚岩－含碳粉砂质泥岩－碳／硅质岩夹碳质页岩－粉砂质泥岩与硅质岩互层－硅质／碳质页岩，总厚度约230 m，37件烃源岩样品的wTOC在0.16%～6.83%，平均为2.68%（表3）。可见，拉张槽北段筇竹寺组烃源岩为一套沉积厚度大、有机质丰度高的优质烃源岩。

拉张槽中段西侧的资4井筇竹寺组：自下向上，岩性主要为粉砂岩、页岩、粉砂质页岩、含泥粉砂岩，沉积厚度为390 m，其中粉砂质泥岩段及粉砂岩段沉积厚度大。30件烃源岩样品的wTOC＝0.09%～5.53%，平均为1.35%，干酪根类型为Ⅰ型，镜质体反射率Rob为3.52%，为一套有机质丰度较高、热演化程度高的烃源岩；微量元素wV／wV＋Ni、wU／wTh的比值揭示该区筇竹寺组沉积环境为底部缺氧，向上变化为贫氧—氧化的沉积环境（表3）。

拉张槽中段中央的高石17井筇竹寺组：自下向上，岩性主要为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、含泥粉砂岩、粉砂岩，沉积厚度为492 m，18件烃源岩样品的wTOC在0.95%～3.80%，平均为1.6%，干酪根类型为Ⅰ型，平均Rob为1.95%；微量元素wV／wV＋Ni、wU／wTh等比值表明：高石17井筇竹寺组中下部黑色页岩为缺氧沉积环境，而靠近顶部沉积环境则变为氧化性（表3）。

表3 绵阳-长宁拉张槽内筇竹寺组烃源岩特征对比Table 3 Correlation of characteristics of the Qiongzhusi Formation source rocks in Mianyang-Changning intracratonic sag

总之，拉张槽内筇竹寺组底部表现为缺氧环境，向上含氧量增加，变为贫氧－氧化环境。由于广元东溪河剖面靠近拉张槽边缘，其筇竹寺组沉积厚度小于处在拉张槽中央的资4井和高石17井，但是单从黑色页岩厚度来看，从北段到中段，黑色页岩的沉积厚度具有减薄的趋势；从有机质丰度来看，北段羊木剖面的wTOC明显高于中段资4井、高石17井。因此，川西地区（拉张槽北段）的筇竹寺组烃源岩相比川中地区（拉张槽的中段），不仅烃源岩厚度大，而且烃源岩质量也更为优质。

综上所述，绵阳-长宁拉张槽从中段往北段，麦地坪组和筇竹寺组烃源岩的厚度和有机碳含量均呈增加趋势，川西拗陷地区为下寒武统最主要的生烃中心；拉张槽北段（川西地区）具有中段（川中地区）的构造-沉积特征和原始油气地质条件，其海相地层的油气勘探具有较好前景［3，24－25］。

4 结论

a.绵阳-长宁拉张槽北段有2个明显的陡坎。拉张槽西侧的边界大致垂直于原特提斯洋，其东侧边界分布在射洪－三台－元坝气田－剑阁一带。拉张断层沿着拉张槽两侧对称分布，在陡坎下方发育一系列的拉张断层。

b.绵阳-长宁拉张槽北段两侧，震旦系灯影组厚度大，上覆地层下寒武统厚度小，甚至缺失；在拉张槽内，灯影组厚度减小，而下寒武统厚度明显加大。

c.绵阳-长宁拉张槽北段内麦地坪组属于斜坡-盆地相，广泛分布着浊流或碎屑流沉积的钙屑（磷屑）岩屑砂岩，可能是绵阳-长宁拉张槽在拉张初期的沉积记录；拉张槽外麦地坪组发育不完整，属台地相沉积。

d.拉张槽北段内筇竹寺组＋麦地坪组厚度大、烃源岩品质好、成熟度高。拉张槽北段的下寒武统烃源岩无论是厚度还是品质均明显高于中段，是下寒武统主要的生烃中心。

e.拉张槽北段（川西地区）具有中段（川中地区）的构造-沉积特征和原始油气地质条件，其海相地层的油气勘探具有较好前景。

在相关的研究工作中得到中国石化和中国石油在川单位的大力支持，罗平教授对野外工作给予了指导，张长俊教授和赵霞飞教授对麦地坪组白云质岩屑碎屑岩的识别和邓江红教授对麦地坪组基性玻屑的鉴定给予了帮助和指导，在此一并致谢！

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